(57)【要約】【課題】内燃機関の始動時初期において、早期に暖房を可能とする暖房装置を提供する。【解決手段】暖房装置において、内燃機関１０から流出した温水が、内燃機関１０に再び流入するように循環する温水回路２０と、温水回路２０に設けられ、温水を加熱源として空調空気を加熱する暖房器２１と、温水回路２０に設けられ、温水を循環させるポンプ手段２３と、温水回路２０に設けられ、温水に対して任意の熱量を供給可能とする補助熱源２４と、内燃機関１０をバイパスし、補助熱源２４に温水を流入させるバイパス流路４０と、バイパス流路４０を通過する温水の流量を調整する流量弁４１とを備えるようにする。【選択図】図１
2007137184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）から流出した温水が、前記内燃機関（１０）に再び流入するように循環する温水回路（２０）と、
前記温水回路（２０）に設けられ、前記温水を加熱源として空調空気を加熱する暖房器（２１）と、
前記温水回路（２０）に設けられ、前記温水を循環させるポンプ手段（２３）と、
前記温水回路（２０）に設けられ、前記温水に対して任意の熱量を供給可能とする補助熱源（２４）と、
前記内燃機関（１０）をバイパスし、前記補助熱源（２４）に温水を流入させるバイパス流路（４０）と、
前記バイパス流路（４０）を通過する温水の流量を調整する流量弁（４１）とを備えることを特徴とする暖房装置。
【請求項２】
前記補助熱源（２４）は、前記内燃機関（１０）の排気熱を回収して、前記温水に任意の熱量を供給する排気熱回収器（２４）であることを特徴とする請求項１に記載の暖房装置。
【請求項３】
前記ポンプ手段（２３）は、電動機を動力源とする電動ポンプ（２３）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関冷却用の温水回路に補助加熱源と共に暖房器が配設される暖房装置に関するものであり、車両用に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来の暖房装置として、例えば特許文献１に示されるように、自動車用エンジンの排気熱を暖房器（エンジン冷却水を加熱源とするヒータコア）に利用する排気熱利用式暖房装置が知られている。
【０００３】
この暖房装置においては、エンジンの排気管を熱交換器用排気管と、この熱交換器用排気管をバイパスするバイパス排気管とに分岐し、分岐部に切替えバルブを設けている。熱交換器用排気管には、排気ガスによってエンジン冷却水を加熱する排気熱交換器を設けている。また、ヒータコアの暖房能力強化指示用のヒータ強化スイッチを設けている。
【０００４】
そして、暖房時のエンジン冷却水温度が所定値以下で、且つヒータ強化スイッチをオンとした時（暖房能力強化要の時）に、切替えバルブによって熱交換器用排気管側を開き（バイパス排気管側を閉じる）、排気熱交換器によってエンジン冷却水を加熱してヒータコアにおける暖房能力を向上させるようにしている。尚、エンジン冷却水温度が所定値を超えると、上記とは逆に、切替えバルブによってバイパス排気管側を開き（熱交換器用排気管側を閉じる）、排気ガスをバイパス排気管に流し、排気ガスによるエンジン冷却水の加熱を停止して、オーバヒートを回避するようにしている。
【特許文献１】実公平３−４５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記暖房装置では、最も暖房性能が必要とされるエンジン始動時初期において、排気熱交換器によってエンジン冷却水が加熱されても、循環する際に始動時に冷え切っているエンジン本体に熱を奪われてしまうため、暖房性能の大きな向上につながらないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、内燃機関の始動時初期において、早期に暖房を可能とする暖房装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、暖房装置において、内燃機関（１０）から流出した温水が、内燃機関（１０）に再び流入するように循環する温水回路（２０）と、温水回路（２０）に設けられ、温水を加熱源として空調空気を加熱する暖房器（２１）と、温水回路（２０）に設けられ、温水を循環させるポンプ手段（２３）と、温水回路（２０）に設けられ、温水に対して任意の熱量を供給可能とする補助熱源（２４）と、内燃機関（１０）をバイパスし、補助熱源（２４）に温水を流入させるバイパス流路（４０）と、バイパス流路（４０）を通過する温水の流量を調整する流量弁（４１）とを備えるようにしたことを特徴としている。
【０００９】
これにより、内燃機関（１０）の始動時初期において、補助熱源（２４）によって温水が加熱され、この時の熱が暖房器（２１）に供給される。そして、バイパス流路（４０）および流量弁（４１）によって温水回路（２０）を循環する温水が、内燃機関（１０）内を流通しないようにすることができるので、補助熱源（２４）によって温水に供給された熱量がまだ冷え切った内燃機関（１０）に奪われることを防止でき、暖房器（２１）による早期暖房を可能とすることができる。
【００１０】
また、始動時初期において、温水が内燃機関（１０）内を流通しないことから、内燃機関（１０）から発生した熱も外部に放出されることがなくなり、内燃機関（１０）自身の暖機性能を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、補助熱源（２４）は、内燃機関（１０）の排気熱を回収して、温水に任意の熱量を供給する排気熱回収器（２４）であることを特徴としている。
【００１２】
これにより、従来、不要として捨てていた内燃機関（１０）排気熱を有効に活用することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、ポンプ手段（２３）は、電動機を動力源とする電動ポンプ（２３）であることを特徴としている。
【００１４】
これにより、内燃機関（１０）の運転条件にかかわらず温水の流量を任意に調整できるので、適切な暖房性能の確保、および適切な内燃機関（１０）の運転が可能となる。
【００１５】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態の具体的な構成について、図１を用いて説明する。尚、図１は暖房装置１００の全体構成を示す模式図である。
【００１７】
本実施形態の暖房装置１００は、エンジン１０を走行用の駆動源とする車両（自動車）に適用されるものとしている。暖房装置１００は、図１に示すように、ヒータ回路２０に設けられたヒータ２１、ウォータポンプ２３、ヒータ回路２０および排気管１１に設けられた排気熱回収器２４、エンジン１０をバイパスするエンジンバイパス流路４０、エンジンバイパス流路４０への温水の流入量を調節する切替えバルブ４１等を有している。
【００１８】
エンジン１０は、水冷式の内燃機関であり、このエンジン１０には、エンジン温調用の温水（以下、冷却水）が循環されるヒータ回路２０と、冷却水の循環によってエンジン１０が冷却されるラジエータ回路３０とが設けられている。
【００１９】
ヒータ回路２０は、本発明における温水回路に対応するものであり、エンジン１０の流出部２０ａからエンジン１０の外部を通り流入部２０ｂに接続される回路である。ポンプ手段としてのウォータポンプ２３は、流入部２０ｂの近傍に配設されており、このウォータポンプ２３によってヒータ回路２０に冷却水が循環されるようになっている。ここでは、ウォータポンプ２３は、電動モータ（電動機）によって駆動される電動ポンプとしている。ウォータポンプ２３（電動モータ）は図示しない制御装置によってその作動が制御されるようになっている。
【００２０】
ヒータ２１は、暖房用熱交換器（本発明における暖房器に対応）であり、ヒータ回路２０の途中、即ち、流出部２０ａとウォータポンプ２３との間に配設されている。更に、ヒータ２１は、図示しない空調ユニットの空調ケース内に配設されて、送風機によって送風される空調空気を、内部に循環される冷却水（温水）との熱交換により加熱する。また、ヒータ回路２０の流出部２０ａ近傍には、冷却水の温度を検出する水温センサ２２が設けられており、この水温センサ２２で検出（出力）される温度信号は、図示しない制御装置に入力される。
【００２１】
排気熱回収器２４は、本発明における補助熱源に対応する熱交換器であり、エンジン１０の排気管１１と、ヒータ回路２０においてヒータ２１の上流側となる部位とに介在されている。排気熱回収器２４は、エンジン１０の排気ガスと上記ヒータ回路２０の冷却水との間で熱交換して冷却水を加熱する。排気熱回収器２４は、例えば、シェル（容器体）と、このシェル内に配設される複数のチューブとから成るシェルアンドチューブ式の熱交換器として形成することができる。排気ガスは複数のチューブ内を流通し、また、冷却水はシェル内でチューブの外部を流通することで、両者間の熱交換が可能となる。
【００２２】
ラジエータ回路３０は、本発明における冷却回路に対応するものであり、流出部２０ａ近傍でヒータ回路２０から分岐して、ヒータ回路２０とは別の流路を形成して、流入部２０ｂに近接するウォータポンプ２３の上流側に合流する回路である。以下、ラジエータ回路３０のヒータ回路２０に対する分岐点を分岐部３０ａ、合流点を合流部３０ｂとする。ラジエータ回路３０の途中には、冷却用熱交換器としてのラジエータ３１が設けられており、ラジエータ３１は、ウォータポンプ２３によって循環されるラジエータ回路３０内の冷却水を外気との熱交換により冷却する。
【００２３】
尚、ラジエータ回路３０には、ラジエータ３１を迂回して冷却水が流通するラジエータバイパス流路（以下、バイパス流路）３２が設けられており、サーモスタット３３によってラジエータ３１を流通する冷却水量とバイパス流路３２を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。特にエンジン１０始動後から暖機時においてはサーモスタット３３によってバイパス流路３２側の冷却水量が増加されて暖機が促進される（つまり、ラジエータ３１による冷却水の過冷却が防止される）。
【００２４】
そして、本実施形態では、ヒータ回路２０にエンジンバイパス流路（本発明におけるバイパス流路に対応し、以下、バイパス流路と呼ぶ）４０と、切替えバルブ（本発明における流量弁に対応）４１とが設けられている。
【００２５】
バイパス流路４０は、ヒータ回路２０において、流入部２０ｂとウォータポンプ２３との間から分岐して、流出部２０ａと分岐部３０ａとの間に合流するように接続されている。以下、バイパス流路４０のヒータ回路２０に対する分岐点を分岐部４０ａ、合流点を合流部４０ｂとする。
【００２６】
そして、バイパス流路４０の合流部４０ｂには、流入部２０ａ側およびバイパス流路４０側の開度を切替える切替えバルブ４１が設けられている。切替えバルブ４１は、いわゆる三方弁であり、バイパス流路４０側を開くと、流出部２０ａ側を閉じ、逆に、バイパス流路４０側を閉じると、流出部２０ａ側を開くようにしている。切替えバルブ４１によって、流出部２０ａ側が閉じられると、ヒータ回路２０を循環する冷却水は、エンジン１０内を流通せずに、バイパス流路４０側を流れて循環する。尚、切替えバルブ４１のバルブ開度は、図示しない制御装置によって制御されるようにしている。
【００２７】
次に、上記構成に基づく本実施形態の作動およびその作用効果について説明する。
【００２８】
エンジン１０が始動されると、図示しない制御装置によってウォータポンプ２３が作動され、水温センサ２２によって検出される冷却水温度が所定温度より低いと、切替えバルブ４１によってバイパス流路４０側が開かれる。
【００２９】
エンジン１０の始動により、燃焼された燃料は、排気ガスとなって排気管１１から排気熱回収器２４の複数のチューブ内を流通して大気に排出される。ヒータ回路２０においては、冷却水は、排気熱回収器２４のシェル内、ヒータ２１、ウォータポンプ２３、バイパス流路４０（図１中の破線矢印）、切替えバルブ４１の順に循環する。つまり、エンジン１０内においては、冷却水の流れが停止する。この時、冷却水は排気熱回収器２４を流通する際に排気ガスの熱によって加熱され（任意の熱量が供給され）、更に、ヒータ２１において冷却水の熱が空調空気に放熱され、空調空気が加熱される。
【００３０】
一方、ラジエータ回路３０においては、冷却水温が低いことから、サーモスタット３３はバイパス流路３２側を開き、冷却水はラジエータ３１を迂回してバイパス流路３２を流通する。即ち、ラジエータ３１による冷却は成されない。
【００３１】
これにより、エンジン１０の始動直後において、排気熱回収器２４によって冷却水が加熱され、この時の熱がヒータ２１に供給される。そして、バイパス流路４０によってヒータ回路２０を循環する冷却水が、エンジン１０内を流通しないようにすることができるので、排気熱回収器２４によって冷却水に供給された熱量が、始動時初期のまだ冷え切ったエンジン１０に奪われることを防止でき、ヒータ２１による早期暖房を可能とすることができる。
【００３２】
図２はエンジン１０始動後の時間経過に対するヒータ２１入口部の冷却水温度と、ヒータ２１を通過する空調空気温度（吹出し温度）とを示したものである。従来技術に対して本発明では、例えば、冷却水温度が５０℃に達するまでの時間、空調空気温度が４０℃に達するまでの時間がそれぞれ、略半分以下となった。
【００３３】
また、エンジン１０始動直後において、冷却水がエンジン１０内を流通しないことから、エンジン１０から発生した熱も外部に放出されることがなくなり、エンジン１０自身の暖機性能を向上させることができる。
【００３４】
また、今回の実施形態では電動式のウォータポンプ２３を採用しているので、エンジン１０の運転条件にかかわらず冷却水の流量を任意に調整でき、適切な暖房性能の確保、および適切な（高燃費となる）エンジン１０の運転が可能となる。
【００３５】
尚、本発明の効果は始動時のみに限定されるものではない。即ち、以下に説明するように、バイパス流路４０を運転状況に応じて的確に活用することにより、暖房性能と燃費の両方の向上を達成することができる。
【００３６】
即ち、通常運転からアイドル運転のように低負荷運転となった時には、冷却水温度が低下する。そのような時には、図示しない制御装置は、切替えバルブ４１によって、流出部２０ａ側を開き、バイパス流路４０側を閉じる。
【００３７】
これにより、冷却水は、エンジン１０内を含む本来のヒータ回路２０を循環し、排気熱回収器２４からの回収熱をエンジン１０内へ投入することができる。よって、図３に示すように、エンジン１０における冷却水温度（水温センサ２２で検出される温度）を早期に上昇させることが可能となり、フリクション低減等による燃費向上を図ることができる。
【００３８】
また、状況によっては排気熱量が少ない場合も考えられ、そのような時にはエンジン１０内の冷却水量をウォータポンプ２３により最小限にまで低減することで、外部への発熱を低減し水温を早期に上昇させることが可能となる。
【００３９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図４に示す。第２実施形態は、ヒータ回路２０を循環する冷却水に任意の熱量を供給する補助熱源として、排気熱回収器２４からヒートポンプ２５に変更したものである。
【００４０】
ヒートポンプ２５は、圧縮機２５ａ、放熱器２５ｂ、減圧器２５ｃ、吸熱器２５ｄが環状に接続されて形成されるサイクルである。圧縮機２５ａは、駆動源として例えば電動機を用いた電動圧縮機２５ａであり、図示しない制御装置によってその作動が制御される。圧縮機２５ａの吸入、吐出作用により、サイクル内の冷媒が圧縮機２５ａ、放熱器２５ｂ、減圧器２５ｃ、吸熱器２５ｄの順に循環する。吸熱器２５ｄでは、外気から冷媒に吸熱して、放熱器２５ｂで冷媒の熱が外部に放熱される。そして、放熱器２５ｂがヒータ回路２０のヒータ２１の上流側に配設されて、放熱器２５ｂからの放熱により、冷却水が加熱されるようになっている。尚、圧縮機２５ａの吐出能力調整により、放熱器２５ｂによる放熱量の調整が可能となっている。
【００４１】
第２実施形態では、補助熱源が上記ヒートポンプ２５（放熱器２５ｂ）に置き換えられたものであり、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。尚、冷却水温度に応じて、圧縮機２５ａの吐出能力を調整することで、冷却水に対する供給熱量が調整できるので、第１実施形態に対して、きめ細かな制御が可能となる。
【００４２】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、補助熱源として、排気熱回収器２４、あるいはヒートポンプ２５（放熱器２５ｂ）を用いた例を示したが、これに限らず、電気ヒータ、燃焼式ヒータ等を用いても良い。
【００４３】
また、上記各実施形態では、ウォータポンプ２３は電動式のものとしたが、これに限らず、エンジン１０を駆動力として作動する機械式のものとしても良い。尚、この場合は、第１実施形態で説明したアイドル時等の低負荷時の作動における冷却水量の調節はできなくなるが、本発明の基本として、エンジン１０始動直後において、冷却水温度を早期に上昇させることは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態における暖房装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】エンジン始動後の時間経過に対する、ヒータ水温、ヒータ吹出し温度を示すグラフである。
【図３】アイドル時におけるエンジン水温を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態における暖房装置の全体構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  エンジン（内燃機関）
２０  ヒータ回路（温水回路）
２０ａ  流出部
２０ｂ  流入部
２１  ヒータ（暖房器）
２３  ウォータポンプ（ポンプ手段）
２４  排気熱回収器（補助熱源）
３０  ラジエータ回路（冷却回路）
３０ａ  分岐部
３１  ラジエータ（冷却用熱交換器）
４０  エンジンバイパス流路（バイパス流路）
４１  切替えバルブ（流量弁）
４０ｂ  分岐部
１００  暖房装置
【図１】
2007137184.tif 000003
【図２】
2007137184.tif 000004
【図３】
2007137184.tif 000005
【図４】
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